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JPH0429766B2 - - Google Patents
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JPH0429766B2 - - Google Patents

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JPH0429766B2
JPH0429766B2 JP61274371A JP27437186A JPH0429766B2 JP H0429766 B2 JPH0429766 B2 JP H0429766B2 JP 61274371 A JP61274371 A JP 61274371A JP 27437186 A JP27437186 A JP 27437186A JP H0429766 B2 JPH0429766 B2 JP H0429766B2
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JP
Japan
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fibers
weight
oil
present
yarn
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  • Treatments For Attaching Organic Compounds To Fibrous Goods (AREA)
  • Artificial Filaments (AREA)
  • Inorganic Fibers (AREA)

Description

【発明の詳細な説明】[Detailed description of the invention]

(産業上の利用分野) 本発明は炭素繊維製造用前駆体繊維の製造方
法、特に品質および物性の優れた炭素繊維を製造
するのに好適であるとともに炭素繊維の製造に際
して工程通過性が著しく改善された炭素繊維製造
用前駆体繊維(以下プリカーサという)の製造方
法に関する。 (従来技術) 炭素繊維はそのプリカーサであるアクリル系、
レーヨン系、ピツチ系あるいはポリビニルアルコ
ール系繊維を200〜400℃の空気や、酸化窒素など
の酸化性雰囲気中で加熱焼成して酸化繊維に転換
(耐炎化工程)した後に窒素、アルゴン、ヘリウ
ム等の不活性雰囲気中でさらに300〜2000℃の高
温で加熱して炭化する(炭化工程)方法によつて
得られており、優れた物性により多くの用途、特
に複合材料に好適な強化繊維として幅広く利用さ
れている。 しかしながら、上記炭素繊維の工業的製造法に
おいては、前記プリカーサを酸化繊維に転換する
耐炎化工程や、さらに後続する炭化工程におい
て、単繊維同志で融着が発生するという障害が存
在する。この単繊維同志の融着が発生すると焼成
が均一にできなくなるために、毛羽や糸切れ等の
発生原因となり、工程通過性を阻む大きな原因と
なるばかりでなく、品質や物性の優れた炭素繊維
を製造することができなくなる。 そこでこのような単繊維間の融着を防止するた
めに、適用する油剤について、これまで多くの改
良方法が開示されてきている。例えば、特定の油
剤、特にシリコン系油剤を適用する方法(例えば
特公昭60−18334号、特公昭53−10175号、特公昭
52−24136号、特公昭51−12739号、特開昭60−
99011号、特開昭58−214517号、特開昭52−
148227号各公報)、さらに耐熱性の改善された、
あるいは耐熱性を特定した油剤を適用する方法
(例えば特公昭58−5287号、特開昭60−146076号、
特開昭59−66518号、特開昭58−120819号、特開
昭55−103313号各公報)等々である。 しかしながら上記の手段ではこれらを単独に、
あるいは種々組み合せたとしても単繊維間の融着
を十分に防止することはできず、融着の防止手段
としては不十分なものであつた。一方これとは別
に焼成工程における雰囲気の温度を下げることに
よつて融着を防止することは可能であるが、この
場合には同時に処理速度を遅くせざるをえず、結
果として生産効率を低下するため、工業的な生産
手段とはなりえない。 (発明が解決しようとする問題点) 本発明の目的は焼成過程において発生する単繊
維同志の融着を防止せしめ、高品質でまた同時に
物性の優れた炭素繊維を得ことができる、炭素繊
維製造用前駆体繊維の製造方法を提供することに
ある。 (問題点を解決するための手段) 本発明の上記目的は、脂環式エポキシ基が0.05
〜10重量%付加しており、また25℃における粘度
が1000〜15000センチストークスである、シリコ
ン系油剤を、繊維重量に対して0.01〜5重量%付
着せしめることを特徴とする、炭素繊維製造用前
駆体繊維の製造方法によつて達成することができ
る。 本発明において適用するシリコン系油剤の特徴
は、脂環式のエポキシ基が付加されているところ
にあり、脂環式エポキシ基としては、1,2−エ
ポキシ−シクロヘキシル基(下記構造式、)や
1,2−エポキシ−シクロベンチル基(下記構造
式、)が代表的なものとしてあげられる。 上記構造式()の脂環式のエポキシ基が付加
したシリコン系油剤としては、例えば下記の構造
単位を有するものがあげられる。 (ここで、n1は1〜5の正の整数、n2は0ある
いは1である。R1〜R9は水素原子、または/お
よびアルキル基である。) ここで本発明のシリコン系油剤の基本骨格は、
シロキサン結合、−Sio−を有するものであり、こ
のシリコン原子,Siに結合する基(例えば上記構
造式におけるR)は水素原子または/および炭
素数1〜3のアルキル基やフエニル基またはこれ
らのアルコキシ基等があげられる。これらのなか
で、とくにジメチルシロキサンが基本骨格として
好ましい。 これまで炭素繊維の焼成工程での、単糸間の融
着を防止するために、エポキシ基が付加したシリ
コン系油剤については、既にいくつかの提案がな
されている。例えば特公昭60−18334号公報,特
開昭60−181322号公報,特開昭60−181323号公報
には、グリシジル型のエポキシ基(脂環式のエポ
キシ基ではない)が付加したものを単独で、また
他の変性シリコン系油剤と混合して適用する方法
が開示されている。しかしながら、これらの方法
では、焼成過程での単糸間の融着を防止する効果
が認められるものの、その効果は十分ではなく、
本発明が目的としている単糸間の融着を防止して
品質の優れた炭素繊維を製造するには不十分であ
つた。 上記の構造上の特徴を有する、本発明のジメチ
ルシロキサン系油剤を適用した場合には、これま
でに開示されているグリシジル型のエポキシ基が
付加したものに比較して、単繊維間の融着を防止
する効果が大きくなることを本発明者らは見出
し、本発明に至つたのであるが、この理由は、脂
環基存在により、繊維基質に対する油剤成分の親
和性が増大することにより、油剤の皮膜が、均一
にかつ強固に形成されるためと考えられる。 脂環式エポキシ基の付加量は、エポキシ基
CH2CH2Oの重量で換算して、0.05〜10重量%で
あり、好ましくは0.1〜5重量%である。0.05重
量%に満たないと、脂環式エポキシ基の効果が発
現せず、単繊維間の融着を効果的に防止すること
ができない。一方付加量が10重量%を越えると油
剤成分そのものの耐熱性が低下してしまい、やは
り単繊維間の融着を効果的に防止することができ
ない。 本発明の脂環式エポキシ基のシロキサン骨格、
すなわち、−SiO−に対する結合の様式は、互い
に隣接するSi部分にブロツク状(例えば下記Aの
様な結合状態)に連続して結合していてもよい
し、また隣接するSi部分には結合していない状態
(例えば下記Bの様な結合状態)であつてもよい
し、あるいはこれらの結合状態が組み合わさつた
状態でもよい。要は上記の脂環式エポキシ基の付
加量0.05〜10重量%が満足されていればよいので
ある。 (Eは脂環式エポキシ基を含む変性基を現わ
す。) 本発明のシリコン系油剤に付加している脂環式
エポキシ基の指環基に結合する置換基(例えば上
記構造単位におけるR1〜R9)は、水素原子お
よび/またはアルキル基である。置換基としての
アルキル基としては、例えば、炭素数が1〜3の
アルキル基があげられ、これら置換基のすべてが
同一であつてもよいし、あるいは互いに異なつて
いてもよいが、特に限定されるものではない。 本発明の脂環式のエポキシ基が付加したジメチ
ルシロキサン系油剤の粘度は、25℃で測定して、
1000〜15000センチストークス(csと略称)、好ま
しくは2000〜12000csである。1000csに満たない
と、耐熱性が低く単糸間の融着を防止することが
できない。15000csを越えると、水中に分散させ
たり、あるいは溶解性の優れた溶媒を見出すこと
が困難となり、糸の表面に均一に付与することが
できなくなる。 本発明の油剤において、耐熱性は重要な特性で
あり、上記範囲の粘度と、構造的な特徴を有する
とともに、とくに耐熱残存率(r)が20%以上で
あるものを適用することが好ましく、30%以上で
あるものを適用することがさらに好ましい。ここ
で耐熱残存率rは以下に定義されるものとする。
すなわち、240℃の空気中で60分間熱処理した際
の残存率をr1(%)とし、さらに引続いて450℃の
窒素中で30秒間熱処理した際の残存率をr2(%)
としたとき、r=r1×r2/100(%)である。 (測定方法は後述) 焼成工程のうちプリカーサを酸化繊維に変換す
る耐炎化工程は200〜400℃の高温下における糸条
の酸化処理工程であり、糸条の表面に存在する油
剤の耐熱性が悪いと、糸条の表面に付与した油剤
成分がこの工程で分解、揮散してしまい、糸条の
融着を防止できない。 前記耐炎化工程に後続する不活性雰囲気下の炭
化工程においては、例えばアクリル系繊維を焼成
する場合、炭化工程の前半においては耐炎化工程
で形成されたナフチリジン環同志による網目構造
が形成され、炭化工程の後半ではこの網目構造の
より高次な構造が形成され、成長すると言われて
いる。この炭化工程の前半、すなわち、400〜500
℃までの昇温過程においては、単繊維同志は依然
として融着しやすく、後半においてはじめて融着
が生じなくなることを本発明者らは見出した。こ
のように油剤成分の単繊維に対する融着防止能力
は耐炎化工程だけでなく、炭化工程の前半部分に
おいても不可欠の特性である。 このようにブリカーサの基質に対する親和性を
増大させるために、脂環式のエポキシ基を有する
ことが、本発明の特徴であるが、この特徴をより
効果的に発揮させるために、上記の耐熱性を有す
ることが好ましいのである。 これらの油剤成分は適当な乳化剤を使用するこ
とにより水に乳化分散させて使用することもで
き、また水や有機溶媒等の適当な溶媒に溶解させ
た溶液としても適用できる。これらの油剤成分の
糸条への付与量は、糸条の重量を基準にして、
0.01〜5重量%、好ましくは0.1〜3重量%付与
するのがよい。付与量が0.01重量%未満では本発
明の目的を達成できず、一方5重量%を越えると
焼成の際に油剤成分の粘着性が増大することや、
油剤成分の熱分解残渣が糸条の表面に多量に残存
すること、また揮散物が工程中に沈積する等の障
害が発生して、炭化糸の物性や生産性が低下する
ので好ましくない。 本発明の油剤成分が適用できるプリカーサとし
ては、アクリル系、レーヨン系、ピツチ系、およ
びポリビニルアルコール系等特に限定されるもの
ではなく、いずれの繊維においても酸化繊維に変
換する際、ならびに炭化処理の際に発生する単繊
維同志の融着を防止できるが、特に、アクリル系
繊維に対して適用すると、著しい効果が発揮され
る。アクリル系繊維に適用する例について以下に
記述する。 本発明で好ましく用いることができるアクリル
系繊維はアクリロニトリル(以下ANと称する)
を主成分として含有し、好ましくは、94重量%以
上、特に、好ましくは、97重量%以上のANと、
好ましくは6重量%以下、特に好ましくは、3重
量%以下の該ANと共重合性があつて、耐炎化反
応を促進するビニル基含有化合物(以下ビニル系
モノマという)とANとの共重合体が用いられ
る。 耐炎化を促進する作用を有するビニル系モノマ
としては、例えばアクリル酸、メタアクリル酸、
イタコン酸、およびそれらのアルカリ金属塩、ア
ンモニウム塩、α(1−ヒドロキシエチル)アク
リロニトリル、アクリル酸ヒドロキシエステル等
を挙げることができる。またこれらの耐炎化促進
能を有するビニル系モノマ以外にAN系重合体の
紡糸性または、製糸性等を向上させるために、前
記アクリル酸やメタクリル酸の低級アルキルエス
テル類,アリルスルホン酸、メタリルスルホン
酸、スチレンスルホン酸およびそれらのアルカリ
金属塩、酢酸ビニルや塩化ビニル等の第3成分を
共重合成分の総量が6重量%以下、好ましくは3
重量%以下となる範囲で共重合させてもよい。 AN系の共重合体は公知の乳化懸濁、塊状、溶
液等の公知の重合法を用いて重合され、さらにこ
れらの重合体からアクリル系繊維を製造するに際
してはジメチルホルムアミドやジメチルスルホオ
キサイド、硝酸、ロダンゾーダ水溶液等のポリマ
溶液を紡糸原液として、通常の湿式紡糸法、乾−
湿式紡糸法、乾式紡糸法によつて紡糸し、繊維化
することができる。特に乾−湿式紡糸法による場
合には、単繊維間の融着がより一層生じやすいの
で、本発明の効果がより顕著にあらわれる。 本発明の油剤は製糸工程で付与してもよいし製
糸以後、焼成工程に入る間に付与しても良いが、
プリカーサに均一に付与せしめるためには製糸工
程で付与することが好ましい。特にアクリル繊維
の場合には乾燥緻密化前の水膨潤状態の糸条に付
与することが好ましい。付与の方法としては油剤
の分散液や溶液に糸条を浸漬した後に、ニツプロ
ーラや圧縮空気を吹き付けることにより所定の付
着量に調整する方法や、あるいは油剤で湿潤され
たローラに接触させる方法や、あるいは雰霧法に
より霧状にして付与することもできる。 なお本発明においては、必要により静電気の発
生を防止したりその他の目的のために他の油剤成
分を本発明のシリコン系油剤のほかに付与するこ
ともできる。 (発明の効果) 本発明の方法で得られる炭素繊維製造用前駆体
繊維は、特定の構造を有する油剤成分の効果によ
つて、耐炎化工程や炭化工程において発生する、
繊維同志の融着を大幅に回避することができ、工
程通過性に優れた、しかも高品質で高性能の炭素
繊維を製造することが可能になる。 以下実施例により本発明をさらに具体的に説明
する。 なお、本文中および実施例中において、炭素繊
維の性能(強度,弾性率)はJISR−7601に準じ
て測定したエポキシ樹脂を含浸したストランドの
物性であり、測定回数n=10の平均から求めた値
である。また油剤成分の付着量は、油剤付与後で
乾燥緻密化前の繊維から抽出法により求めた。 また、前出の定義に基づく耐熱残存率rは以下
の手順により測定したものである。 (A) 油剤の前処理 耐熱残存率の測定に必要な前記の熱処理操作
に入るまえに、油剤1gを直径が約60mm、高さ
が約20mmのアルミ製の容器に採取し、オーブン
の中で105℃下5時間乾燥する。 (B) 示差熱天秤(TGA)での測定 前記(A)の前処理で得られた絶乾油剤を直径5
mm、高さが5mmの円筒状のアルミニウム製容器
(パン)に15〜20mg採取して示差熱天秤
(TGA)により耐熱残存率を求める。 以下(C)〜(F)に測定条件等を記載する。 (C) 下記の加熱条件で空気の気流下240℃まで昇
温し、さらに240℃で60分間処理したときの油
剤の残量から残存率を求める。このときの残存
率をr1(%)とする。 空気の流量:30l/分 昇温速度:10℃/分 (D) (C)において240℃で60分間の熱処理が終了し
た後、240℃に保持したまま加熱雰囲気を空気
から窒素に変更し、5分間保持する。 窒素の流量:30l/分 (E) 下記の加熱条件で240℃から450℃まで昇温
し、450℃で30秒間保持して残存率r2(%)を求
める。 窒素の流量:30l/分 昇温速度:10℃/分 (F) 上記(C)、および(E)で求めた空気中での加熱残
存率率r1と、窒素中での加熱残存率r2とから油
剤の耐熱性残存率rを、 r=r1×r2(%)より求める。 実施例 1 AN99.0%、イタコン酸1.0%の共重合体のジメ
チルスルフオオキシド(DMSO)溶液を紡糸原
液に用いた。この原液中の共重合体の濃度は20重
量%であり、また共重合体の極限粘度は1.80であ
つた。 この紡糸原液を直径0.15mm、孔数3000の口金を
用いて、一旦空気中に吐出させ、約3mmの空間を
通過させたのち、30%のDMSOの水溶液に導き
凝固させた。この凝固糸を水洗槽のなかで脱溶媒
し、引き続き温水中で3.5倍に延伸して、水膨潤
状態のアクリル繊維(以下浴延伸糸と称する)を
得た。 該浴延伸糸に、下記の構造式(1,本発明)お
よび、(2,本発明外)で示されるエポキシ基の
結合した骨格単位を含むジメチルシロキサン系の
油剤成分を、ノニルフエノールのエチレンオキサ
イド付加物を主体とする、非イオン系の界面活性
剤で水中に分散乳化させて、それぞれ単独で付与
した。ここで適用した油剤成分の25℃の粘度は、
いずれも4500〜5000csであり、また繊維に対する
付与量は、油剤浴の濃度を調整して、1±0.2重
量%の範囲に設定した。 このようにして得られた油剤付与後の糸条を、
130℃の加熱ローラで乾燥緻密化処理を行つた。 乾燥緻密化後の糸条を、更に3Kg/mm2−Gの飽
和スチーム中で3〜4倍に延伸した。 このようにして得られた前駆体繊維は、単糸デ
ニール=0.8de,トータルデニール=2400De,強
度=6.5〜7.5g/d,伸度=10.5〜12.0%であつ
た。 この前駆体繊維を、250〜280℃の温度勾配を有
する耐炎化炉で耐炎化処理(処理時間=25分)
し、次に、窒素雰囲気下で300〜1300℃の温度勾
配を有する炭化炉で焼成して、炭素繊維に転換し
た。 このようにして得られた炭素繊維のストランド
強度を第1表に示した。
(Industrial Application Field) The present invention is a method for producing precursor fibers for producing carbon fibers, and is particularly suitable for producing carbon fibers with excellent quality and physical properties, as well as markedly improving process passability during the production of carbon fibers. The present invention relates to a method for producing a precursor fiber for carbon fiber production (hereinafter referred to as a precursor). (Prior art) Carbon fiber is made of acrylic precursor,
Rayon-based, pitch-based, or polyvinyl alcohol-based fibers are converted into oxidized fibers by heating and baking in air at 200 to 400°C or in an oxidizing atmosphere such as nitrogen oxide (flame-retardant process), and then treated with nitrogen, argon, helium, etc. It is obtained through a method of carbonization by further heating at a high temperature of 300 to 2000℃ in an inert atmosphere (carbonization process), and due to its excellent physical properties, it is widely used in many applications, especially as a reinforcing fiber suitable for composite materials. has been done. However, in the above-mentioned industrial manufacturing method of carbon fibers, there is a problem that fusion occurs between single fibers in the flameproofing step of converting the precursor into oxidized fibers and the subsequent carbonization step. If this fusion of single fibers occurs, it will not be possible to fire the fibers uniformly, causing fuzz and thread breakage, which will not only be a major cause of hindering process passability, but also carbon fibers with excellent quality and physical properties. It becomes impossible to manufacture. Therefore, in order to prevent such fusion between single fibers, many methods of improving the oil agent to be applied have been disclosed. For example, a method of applying a specific oil, especially a silicone oil
No. 52-24136, Special Publication No. 51-12739, Japanese Patent Publication No. 1983-
No. 99011, JP-A-58-214517, JP-A-52-
148227 publications), further improved heat resistance,
Alternatively, a method of applying an oil with specified heat resistance (for example, Japanese Patent Publication No. 58-5287, Japanese Patent Application Laid-open No. 60-146076,
JP-A-59-66518, JP-A-58-120819, JP-A-55-103313), and so on. However, with the above method, these can be done independently,
Alternatively, even if various combinations were used, fusion between single fibers could not be sufficiently prevented, and these were insufficient as means for preventing fusion. On the other hand, it is possible to prevent fusion by lowering the temperature of the atmosphere during the firing process, but in this case, it is also necessary to slow down the processing speed, resulting in a decrease in production efficiency. Therefore, it cannot be used as an industrial means of production. (Problems to be Solved by the Invention) The purpose of the present invention is to prevent the fusion of single fibers that occurs during the firing process, and to produce carbon fibers that are of high quality and have excellent physical properties. An object of the present invention is to provide a method for producing precursor fibers for use in industrial applications. (Means for Solving the Problems) The above object of the present invention is that the alicyclic epoxy group is 0.05
-10% by weight of a silicone-based oil having a viscosity of 1,000-15,000 centistokes at 25°C, which is applied in an amount of 0.01-5% by weight based on the weight of the fiber, for manufacturing carbon fibers. This can be achieved by a method for producing precursor fibers. The silicone oil used in the present invention is characterized by the addition of an alicyclic epoxy group, and the alicyclic epoxy group includes a 1,2-epoxy-cyclohexyl group (the following structural formula), A typical example is a 1,2-epoxy-cyclobentyl group (the following structural formula). Examples of the silicone oil agent to which the alicyclic epoxy group of the above structural formula () is added include those having the following structural units. (Here, n 1 is a positive integer of 1 to 5, and n 2 is 0 or 1. R 1 to R 9 are hydrogen atoms and/or alkyl groups.) Here, the silicone oil agent of the present invention The basic skeleton of
It has a siloxane bond, -Sio-, and the silicon atom, the group bonded to Si (for example, R in the above structural formula) is a hydrogen atom or/and an alkyl group having 1 to 3 carbon atoms, a phenyl group, or an alkoxy group thereof. Examples include basics. Among these, dimethylsiloxane is particularly preferred as the basic skeleton. Several proposals have already been made regarding silicone oil agents to which epoxy groups have been added in order to prevent fusion between single filaments during the carbon fiber firing process. For example, in Japanese Patent Publications No. 18334/1983, No. 181322/1982, and No. 181323/1989, a glycidyl type epoxy group (not an alicyclic epoxy group) is added alone. Also disclosed is a method of applying it by mixing it with other modified silicone oils. However, although these methods have the effect of preventing fusion between single filaments during the firing process, the effect is not sufficient;
This was insufficient to prevent fusion between single yarns and to produce carbon fibers of excellent quality, which is the objective of the present invention. When the dimethylsiloxane-based oil of the present invention having the above-mentioned structural characteristics is applied, the fusion between single fibers is stronger than that of the previously disclosed glycidyl-type epoxy group-added oil. The present inventors have discovered that the effect of preventing this is greater, leading to the present invention.The reason for this is that the presence of an alicyclic group increases the affinity of the oil component for the fiber matrix. This is thought to be because the film is formed uniformly and firmly. The amount of alicyclic epoxy group added is epoxy group
The amount is 0.05 to 10% by weight, preferably 0.1 to 5% by weight, calculated as CH 2 CH 2 O. If the amount is less than 0.05% by weight, the effect of the alicyclic epoxy group will not be exhibited, and fusion between single fibers cannot be effectively prevented. On the other hand, if the amount added exceeds 10% by weight, the heat resistance of the oil component itself decreases, and fusion between single fibers cannot be effectively prevented. The siloxane skeleton of the alicyclic epoxy group of the present invention,
That is, the bonding mode for -SiO- may be such that it is continuously bonded to adjacent Si parts in a block shape (for example, the bonding state shown in A below), or it is not bonded to adjacent Si parts. They may be in a state where they are not bonded (for example, a bonded state as shown in B below), or a combination of these bonded states. In short, it is sufficient that the above-mentioned addition amount of alicyclic epoxy group is 0.05 to 10% by weight. (E represents a modifying group containing an alicyclic epoxy group.) A substituent bonded to the ring group of the alicyclic epoxy group added to the silicone oil agent of the present invention (for example, R 1 to R in the above structural unit) R 9 ) is a hydrogen atom and/or an alkyl group. Examples of the alkyl group as a substituent include an alkyl group having 1 to 3 carbon atoms, and all of these substituents may be the same or different from each other, but there are no particular limitations. It is not something that will be done. The viscosity of the dimethylsiloxane oil agent to which the alicyclic epoxy group of the present invention is added is measured at 25°C.
1000 to 15000 centistokes (abbreviated as cs), preferably 2000 to 12000 cs. If it is less than 1000 cs, the heat resistance will be low and it will not be possible to prevent fusion between single yarns. If it exceeds 15,000 cs, it becomes difficult to disperse it in water or find a solvent with excellent solubility, making it impossible to apply it uniformly to the surface of the yarn. In the oil agent of the present invention, heat resistance is an important property, and it is preferable to use an oil agent that has a viscosity in the above range and structural characteristics, and has a heat resistance residual rate (r) of 20% or more. It is more preferable to use one with a content of 30% or more. Here, the heat resistance residual rate r shall be defined below.
In other words, the residual rate when heat treated in air at 240°C for 60 minutes is r 1 (%), and the residual rate when subsequently heat treated in nitrogen at 450°C for 30 seconds is r 2 (%).
Then, r=r 1 ×r 2 /100 (%). (Measurement method will be described later) The flame-retardant process of converting the precursor into oxidized fiber in the firing process is an oxidation treatment process of the yarn at a high temperature of 200 to 400℃, and the heat resistance of the oil agent present on the surface of the yarn is If it is bad, the oil component applied to the surface of the yarn will decompose and volatilize during this step, making it impossible to prevent the yarn from fusing. In the carbonization step under an inert atmosphere that follows the flameproofing step, for example, when acrylic fibers are fired, in the first half of the carbonization step, a network structure of naphthyridine rings formed in the flameproofing step is formed, and the carbonization It is said that in the latter half of the process, a higher-order structure of this network structure is formed and grows. The first half of this carbonization process, i.e. 400-500
The present inventors have found that during the process of increasing the temperature to .degree. C., the single fibers still tend to fuse together, and the fusion does not occur until the latter half of the process. As described above, the ability of the oil component to prevent the single fibers from adhering is an essential property not only in the flameproofing process but also in the first half of the carbonization process. In order to increase the affinity of Bricasa for the substrate, it is a feature of the present invention that it has an alicyclic epoxy group. It is preferable to have the following. These oil components can be used by being emulsified and dispersed in water by using a suitable emulsifier, or can be applied as a solution dissolved in a suitable solvent such as water or an organic solvent. The amount of these oil components applied to the yarn is based on the weight of the yarn,
It is preferable to add 0.01 to 5% by weight, preferably 0.1 to 3% by weight. If the amount applied is less than 0.01% by weight, the object of the present invention cannot be achieved, while if it exceeds 5% by weight, the stickiness of the oil component will increase during baking,
It is undesirable that a large amount of thermal decomposition residue of the oil component remains on the surface of the yarn, and that problems such as volatile matter depositing during the process occur, deteriorating the physical properties and productivity of the carbonized yarn. Precursors to which the oil component of the present invention can be applied are not particularly limited, such as acrylic, rayon, pitch, and polyvinyl alcohol precursors. It is possible to prevent the fusion of single fibers that occurs at the same time, and it is particularly effective when applied to acrylic fibers. An example of application to acrylic fibers will be described below. The acrylic fiber that can be preferably used in the present invention is acrylonitrile (hereinafter referred to as AN).
containing AN as a main component, preferably 94% by weight or more, particularly preferably 97% by weight or more,
A copolymer of AN and a vinyl group-containing compound (hereinafter referred to as vinyl monomer) that is copolymerizable with AN and promotes a flame-retardant reaction, preferably at most 6% by weight, particularly preferably at most 3% by weight. is used. Examples of vinyl monomers that promote flame resistance include acrylic acid, methacrylic acid,
Examples include itaconic acid, alkali metal salts and ammonium salts thereof, α(1-hydroxyethyl)acrylonitrile, and acrylic acid hydroxyester. In addition to these vinyl monomers that have the ability to promote flame resistance, lower alkyl esters of acrylic acid and methacrylic acid, allyl sulfonic acid, methallyl The total amount of copolymerized components of sulfonic acid, styrene sulfonic acid and their alkali metal salts, vinyl acetate, vinyl chloride, etc. is 6% by weight or less, preferably 3% by weight.
Copolymerization may be carried out within a range of % by weight or less. AN-based copolymers are polymerized using known emulsion suspension, bulk, and solution polymerization methods, and when producing acrylic fibers from these polymers, dimethylformamide, dimethyl sulfoxide, and nitric acid are used. , a polymer solution such as Rodanzoda aqueous solution is used as a spinning stock solution, and conventional wet spinning method, dry spinning method, etc.
It can be spun into fibers by wet spinning or dry spinning. In particular, when a dry-wet spinning method is used, fusion between single fibers is more likely to occur, so the effects of the present invention are more pronounced. The oil agent of the present invention may be applied during the yarn spinning process, or after yarn spinning, during the firing process, but
In order to uniformly apply the precursor to the precursor, it is preferable to apply it during the spinning process. Particularly in the case of acrylic fibers, it is preferable to apply it to yarns in a water-swollen state before drying and densification. Application methods include immersing the yarn in a dispersion or solution of the oil agent and then adjusting the amount of adhesion to a predetermined level by spraying with a nip roller or compressed air, or bringing it into contact with a roller moistened with the oil agent. Alternatively, it can also be applied in the form of a mist using an atmospheric atomization method. In addition, in the present invention, other oil components may be added in addition to the silicone-based oil of the present invention, if necessary, for preventing the generation of static electricity or for other purposes. (Effects of the Invention) The precursor fiber for carbon fiber production obtained by the method of the present invention has the following properties:
Fusing between fibers can be largely avoided, making it possible to produce carbon fibers with excellent process passability, high quality, and high performance. The present invention will be explained in more detail with reference to Examples below. In addition, in the text and examples, the performance (strength, elastic modulus) of carbon fiber is the physical property of a strand impregnated with epoxy resin measured according to JISR-7601, and was determined from the average of n = 10 measurements. It is a value. The amount of the oil component attached was determined by extraction from the fibers after application of the oil agent but before drying and densification. Further, the heat resistance residual rate r based on the above definition was measured by the following procedure. (A) Pretreatment of oil agent Before starting the above heat treatment operation necessary for measuring the heat resistance residual rate, collect 1 g of oil agent into an aluminum container with a diameter of approximately 60 mm and a height of approximately 20 mm, and place it in an oven. Dry at 105℃ for 5 hours. (B) Measurement using a differential thermal analyzer (TGA)
Collect 15 to 20 mg into a cylindrical aluminum container (pan) with a height of 5 mm and determine the heat-resistant residual rate using a differential thermal analyzer (TGA). Measurement conditions, etc. are described below in (C) to (F). (C) Calculate the residual rate from the remaining amount of the oil when the temperature is raised to 240°C under a stream of air under the following heating conditions and further treated at 240°C for 60 minutes. The residual rate at this time is defined as r 1 (%). Air flow rate: 30l/min Temperature increase rate: 10°C/min (D) After completing the heat treatment at 240°C for 60 minutes in (C), the heating atmosphere was changed from air to nitrogen while maintaining the temperature at 240°C. Hold for 5 minutes. Nitrogen flow rate: 30 l/min (E) Raise the temperature from 240°C to 450°C under the following heating conditions, hold at 450°C for 30 seconds, and determine the residual rate r 2 (%). Nitrogen flow rate: 30l/min Temperature rising rate: 10℃/min (F) The heating residual rate r 1 in air and the heating residual rate r in nitrogen determined in (C) and (E) above 2 , the heat resistance residual rate r of the oil agent is determined from r=r 1 × r 2 (%). Example 1 A dimethyl sulfoxide (DMSO) solution of a copolymer of 99.0% AN and 1.0% itaconic acid was used as a spinning dope. The concentration of the copolymer in this stock solution was 20% by weight, and the intrinsic viscosity of the copolymer was 1.80. This spinning dope was once discharged into the air using a nozzle with a diameter of 0.15 mm and 3000 holes, passed through a space of about 3 mm, and then introduced into a 30% DMSO aqueous solution and solidified. This coagulated yarn was desolvated in a water washing tank and then stretched 3.5 times in hot water to obtain water-swollen acrylic fibers (hereinafter referred to as bath-drawn yarn). A dimethylsiloxane-based oil component containing an epoxy group-bonded skeletal unit represented by the following structural formulas (1, the present invention) and (2, not the present invention) is added to the bath-drawn yarn using ethylene oxide of nonylphenol. They were applied individually by dispersing and emulsifying them in water with a nonionic surfactant mainly consisting of adducts. The viscosity of the oil component applied here at 25℃ is
Both were 4500 to 5000 cs, and the amount applied to the fibers was set in the range of 1±0.2% by weight by adjusting the concentration of the oil bath. The yarn obtained in this way after applying the oil agent,
Drying and densification treatment was performed using a heated roller at 130°C. The yarn after drying and densification was further drawn 3 to 4 times in saturated steam at 3 kg/mm 2 -G. The precursor fiber thus obtained had a single denier of 0.8 de, total denier of 2400 De, strength of 6.5 to 7.5 g/d, and elongation of 10.5 to 12.0%. This precursor fiber is flame-resistant treated in a flame-proofing furnace with a temperature gradient of 250 to 280°C (processing time = 25 minutes).
Then, it was converted into carbon fiber by firing in a carbonization furnace with a temperature gradient of 300 to 1300°C under a nitrogen atmosphere. The strand strength of the carbon fibers thus obtained is shown in Table 1.

【表】【table】

【表】 実施例 2 実施例1の構造式(1)において、25℃での粘度が
7000cs、脂環式エポキシ基によるエポキシ変性量
が1.5重量%である油剤成分を適用した。 糸条への油剤成分の付与量を変える以外は、実
施例1と同様の方法によつて、炭素繊維を得た。 第2表に付与量とともに、炭素繊維のストラン
ド強度を示した。
[Table] Example 2 In the structural formula (1) of Example 1, the viscosity at 25°C is
7000cs, an oil component having an epoxy modification amount of 1.5% by weight with alicyclic epoxy groups was applied. Carbon fibers were obtained in the same manner as in Example 1, except that the amount of oil component applied to the yarn was changed. Table 2 shows the applied amount and the strand strength of the carbon fiber.

【表】 実施例 3 実施例1における構造式(1)において、25℃にお
ける粘度と、エポキシ基による付加量を変えた油
剤成分を適用した。 実施例1と同様の方法によつて、浴延伸糸に付
与して、炭素繊維を得た。 第3表に粘度、変性量、および耐熱性rととも
に、炭素繊維のストランド強度を示した。
[Table] Example 3 In structural formula (1) in Example 1, oil components with different viscosity at 25°C and the amount of addition of epoxy groups were applied. By the same method as in Example 1, the carbon fibers were applied to bath-drawn yarn to obtain carbon fibers. Table 3 shows the viscosity, amount of modification, and heat resistance r, as well as the strand strength of the carbon fibers.

【表】【table】

【表】【table】

Claims (1)

【特許請求の範囲】[Claims] 1 脂環式エポキシ基が0.05〜10重量%付加して
おり、また25℃における粘度が1000〜15000セン
チストークスである、シリコン系油剤を、繊維重
量に対して0.01〜5重量%付着せしめることを特
徴とする、炭素繊維製造用前駆体繊維の製造方
法。
1. A silicone oil containing 0.05 to 10% by weight of alicyclic epoxy groups and a viscosity of 1,000 to 15,000 centistokes at 25°C is attached to the fiber in an amount of 0.01 to 5% by weight based on the weight of the fiber. A method for producing a precursor fiber for carbon fiber production, characterized by:
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